4.10. Sensores de color

El fotodiodo de cada celda es ciego al color. Cuenta fotones de cada longitud de onda que el silicio absorbe sin distinguir el rojo del verde ni del azul. Para obtener una imagen en color a partir de un sensor ciego al color, el fabricante cubre la rejilla de píxeles con una matriz de filtros de color (CFA): una fina película de tinte que permite que cada celda vea solo uno de los tres colores primarios.

4.10.1. El patrón de Bayer

La disposición de CFA dominante es el patrón de Bayer, llamado así por su inventor en Kodak. La película alterna dos tipos de fila: las filas pares son un patrón repetido de rojo-verde (rojo, verde, rojo, verde) y las filas impares son un patrón repetido de verde-azul (verde, azul, verde, azul). En el mosaico repetitivo más pequeño – dos filas por dos columnas – una celda ve rojo, una ve azul y dos ven verde.

La matriz de filtros de color de Bayer. Cada celda del sensor ve solo uno de los tres colores primarios; el verde aparece en dos de cada cuatro celdas.

El verde se duplica a propósito. La visión humana es mucho más sensible al verde que al rojo o al azul, y la luminancia percibida de una escena la transporta en su mayor parte el canal verde. Muestrear el verde con el doble de densidad que el rojo y el azul invierte el presupuesto de resolución donde el ojo más lo nota, y oculta la suavidad de crominancia que ello conlleva.

4.10.2. Qué registra cada píxel

Un sensor de color sigue almacenando solo un número por píxel – el recuento de fotones que atravesaron el filtro de color de ese píxel. Una celda con filtro rojo registra su valor del canal rojo; los valores de verde y azul en la misma ubicación simplemente faltan en los datos. Lo mismo ocurre con las celdas verdes y azules.

Los datos que salen del sensor en formato Bayer sin procesar son, por tanto, un canal por píxel, dispuesto según el patrón de Bayer, en lugar de los tres canales por píxel de una imagen en color terminada. Reconstruir los dos canales que faltan en cada posición de celda se denomina desbayerizado.

4.10.3. Microlentes y el ángulo del rayo principal

El filtro de color no es lo único que hay encima del fotodiodo. Sobre él se asienta una diminuta microlente que enfoca el cono de luz entrante sobre el área activa del fotodiodo, y la microlente está diseñada suponiendo que la luz llega casi perpendicular a la superficie del sensor. Cuando la luz llega en cambio con un ángulo pronunciado – el ángulo del rayo principal que crece hacia las esquinas de toda lente real – parte de ella puede caer en el filtro del píxel vecino, captando el color equivocado y produciendo diafonía de color. Los píxeles de las esquinas también pierden saturación, porque parte del cono se sale por completo del fotodiodo.

Los sensores lo compensan desplazando la microlente de cada píxel radialmente hacia afuera desde el centro del sensor, en anillos concéntricos que se expanden desde el medio hacia las esquinas. El desplazamiento es nulo en el centro y crece hasta unos pocos micrones en el anillo más exterior, ajustado a un perfil de CRA específico incorporado en el diseño del sensor. Emparejar un sensor con una lente cuyo perfil de CRA difiera sustancialmente del objetivo de diseño deja errores visibles de color y sensibilidad en las esquinas, razón por la cual los sensores de imagen y las lentes suelen elegirse juntos.